(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割コア部が周方向の全周にわたって配設されてなり、深さ方向が径方向に一致する複数のスロットを周方向に沿って区画した固定子コアと、
該スロットに組み付けられた固定子巻線と、
を備えた回転電機の固定子であって、
該分割コア部は、コアバック部と、該コアバック部から径方向に突出して該スロットを区画するティース部と、を持ち、
周方向に隣接した二つの該分割コア部の該コアバックの間に、二つの該分割コア部のそれぞれと磁気的に当接した透磁部を有し、
該透磁部が、一方のコアバック部の内径側端部と他方のコアバック部の外径側端部とを直線状に接続する形状であることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
前記透磁部は、その磁気特性が前記分割コア部の磁気特性以上である請求項１に記載の回転電機の固定子。
【請求項３】
前記透磁部は、周方向に隣接した二つの前記分割コア部のそれぞれと一体に形成されている請求項１〜２のいずれかに記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記透磁部は、周方向に隣接した二つの前記分割コア部の一方と一体に形成されている請求項１〜２のいずれかに記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
前記固定子巻線は、複数の前記各相巻線が、前記固定子コアの周方向で波状をなすように巻回されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の回転電機の固定子。
【請求項６】
前記透磁部は、一対の前記分割コア部の前記コアバック部が圧接している請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機の固定子。
【請求項７】
前記分割コア部は、一枚のまたは積層した二枚以上の金属板よりなる請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機の固定子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の固定子の内周側又は外周側に、周方向に異なる磁極を形成している回転子を備えたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子およびその固定子を用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機および発電機として使用される回転電機には、周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、線材により形成されスロットに設置されている固定子巻線と、を備えた固定子と、固定子の内周側又は外周側に周方向に異なる磁極を形成している回転子を備えた回転電機がある。そして、たとえば、特許文献１に示されているように、固定子コアは、複数の分割コアを周方向に沿って配設して形成される。
【０００３】
このような分割コアにおいては、一般に、回転子との対向面の寸法精度を高くし、分割コア同士の当接面には公差を許容している。分割コア同士の当接面では公差が許容されたことで、分割コアを周方向に配設して固定子コアを形成したときに、分割コアの当接面間に公差に起因するすき間が形成されるという問題があった。分割コアの間にすき間が生じると、分割コア間に磁路が形成されなくなり、回転電機の特性が低下していた。
【特許文献１】特開平９−２１９９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、固定子コアに磁路が形成されなくなることが抑えられた回転電機の固定子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明者等は分割コア部間に磁路を形成することに関して検討を重ねた結果本発明をなすに至った。
【０００６】
請求項１に記載の本発明の回転電機の固定子は、分割コア部が周方向の全周にわたって配設されてなり、深さ方向が径方向に一致する複数のスロットを周方向に沿って区画した固定子コアと、スロットに組み付けられた固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子であって、分割コア部は、コアバック部と、コアバック部から径方向に突出してスロットを区画するティース部と、を持ち、周方向に隣接した二つの分割コア部のコアバックの間に、二つの分割コア部のそれぞれと磁気的に当接した透磁部を有し、透磁部が、一方のコアバック部の内径側端部近傍と他方のコアバック部の外径側端部近傍とを直線状に接続する形状であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の回転電機の固定子では、周方向に沿って配置された分割コア部のコアバック部間に、二つのコアバックを磁気的に接続する透磁部を有している。この透磁部が、二つの分割コア部間を通る磁路を形成する。そして、分割コア部間の磁路が形成されないことによる不具合の発生が抑えられる。この結果、本発明の回転電機の固定子は、回転電機として駆動したときに特性の低下が抑えられる。
【０００８】
請求項２に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１において、透磁部が、その磁気特性が分割コア部の磁気特性以上であることを特徴とする。このような構成となることで、透磁部を磁気が透過するときに、磁気量が減少すること（磁気損失を生じること）が抑えられ、回転電機として駆動したときに特性の低下が抑えられる。
【０００９】
請求項３に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜２のいずれか１項において、透磁部は、周方向に隣接した二つの分割コア部のそれぞれと一体に形成されていることを特徴とする。このような構成となることで、分割コア部の数を減らすことができ、組み付け作業性が向上する。好ましくは、全ての分割コア部が透磁部と一体に形成された構成である。
【００１０】
請求項４に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜２のいずれか１項において、透磁部は、周方向に隣接した二つの分割コア部の一方と一体に形成されていることを特徴とする。このような構成となることで、分割コア部の形成を簡単に行うことができる。
【００１１】
請求項５に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜４のいずれか１項において、固定子巻線は、複数の各相巻線が、固定子コアの周方向で波状をなすように巻回されてなることを特徴とする。このような構成となることで、固定子巻線の製造コストが低減すると共に、電気的接続箇所に腐食等が発生することを低減できる。
【００１２】
請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜５のいずれか１項において、透磁部は、一対の分割コア部のコアバック部が圧接していることを特徴とする。このような構成となることで、透磁部とコアバックとの間にすき間が生じることが抑えられる。透磁部は、二つのコアバックに圧縮されたことが好ましい。
【００１３】
請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜６のいずれか１項において、分割コア部は、一枚のまたは積層した二枚以上の金属板よりなることを特徴とする。すなわち、従来の分割コア部と同様にして形成することができる。
【００１４】
また、請求項８に記載の本発明の回転電機は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の固定子の内周側又は外周側に、周方向に異なる磁極を形成している回転子を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の回転電機は、上記した回転電機の固定子を用いてなるものである。そして、上記の固定子が固定子巻線の冷却性に優れたものであることから、本発明の回転電機も、固定子巻線の過熱による特性の低下が抑えられたものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の回転電機の固定子および回転電機を、実施の形態を用いてより具体的に説明する。
【００１７】
（第一参考実施形態）
本参考実施形態の回転電機の構成を図１に示した。本参考実施形態の回転電機１は、略有底筒状の一対のハウジング部材１００，１０１とが開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１０，１１１を介して回転自在に支承される回転軸２０に固定された回転子２と、ハウジング１０の内部で回転子２を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子３と、を備えている。
【００１８】
回転子２は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を、固定子３の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子２の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。
【００１９】
固定子３は、図２に示したように、固定子コア３０と、複数の各相巻線から形成される三相の固定子巻線４と、を備えた構成を有している。なお、固定子３において、固定子コア３０と固定子巻線４の間に、両者の電気絶縁性を確保するための絶縁紙を配してもよい。
【００２０】
固定子コア３０は、図３に示したように、内周に複数のスロット３１が形成された円環状を有している。複数のスロット３１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア３０に形成されたスロット３１の数は、特に限定されるものではない。
【００２１】
固定子コア３０は、図４に部分拡大図で示したように、径方向にのびるティース部３２と、ティース部３２の径方向外方でティース部３２を保持・固定する略円筒状のコアバック部３３と、一対のコアバック部３３の間に配された透磁部３４と、から構成される。ティース部３２とコアバック部３３とが分割コア部を構成する。本参考実施形態では、分割コア部を接続する透磁部３４が周方向の全周にわたって形成されている。
【００２２】
本参考実施形態の固定子コア３０は、厚さ０．３ｍｍの電磁鋼板を積層して形成されているが、一体の金属で形成してもよい。なお、本参考実施形態では、積層された金属薄板の間には、絶縁薄膜が配置されている。ここで、金属薄板および絶縁薄膜の材質や厚さについては従来公知の材質や厚さとすることができる。
【００２３】
ティース部３２は、周方向に隣り合った別のティース部３２との間にスロット３１を区画する。ティース部３２は、その先端面（径方向内方側の先端面）が、回転電機１の固定子コア３０を形成したときに、回転子２に対して所定のギャップを隔てた円弧上に位置するように形成されている。
【００２４】
コアバック部３３は、二つのティース部３２を径方向内方に突出させた、内周面及び外周面が円弧状をなす略平行四辺形の形状を有する部材である。つまり、コアバック部３３の隣接する別のコアバック部３３との対向面（周方向での端面）は、径方向に対して傾斜している。
【００２５】
透磁部３４は、周方向に隣り合った二つのコアバック部３３の対向面間に、略Ｕ字が幅方向で圧縮された状態で設けられている。この透磁部３４は、周方向に隣り合った二つのコアバック部３３のそれぞれと一体に形成されている。本参考実施形態では、透磁部３４の略Ｕ字が径方向外方に向かって凸となっているが、径方向内方にむかって凸となる形態でも良い。
【００２６】
なお、本参考実施形態において、ティース部３２の先端（径方向内方の先端面）を所定の円弧上に配したときに、周方向で隣り合った二つのコアバック部３３の対向面部間には、すき間が形成されるように形成されている。
【００２７】
固定子巻線４は、複数の巻線４０を所定の巻回方法で巻回してなる。固定子巻線４を構成する巻線４０は、図５（Ａ）に示したように、銅またはアルミニウム製の導体４１と、導体４１の外周を覆い導体４１を絶縁する内層４２０及び外層４２１からなる絶縁皮膜４２とから形成されている。内層４２０および外層４２１を合わせた絶縁皮膜４２の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層４２０および外層４２１からなる絶縁皮膜４２の厚みが厚いので、巻線４０同士を絶縁するために巻線４０同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がなくなっているが、線材同士を絶縁するために絶縁紙を配してもよい。
【００２８】
外層４２１は絶縁材、内層４２０は外層よりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機に発生する熱により外層４２１は内層４２０よりも早く軟化するので、同じスロット３１に設置されている巻線４０同士が外層４２１同士で熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０が一体化し巻線４０同士が剛体化するので、スロット３１内の線巻線４０の機械的強度が向上する。また、過剰な振動が発生しても、内層４２０と導体４１の接着箇所よりも内層４２０と外層４２１との接着箇所が先に剥離するので、内層４２０と導体４１との接着を維持し絶縁を確保できる。 
【００２９】
さらに、固定子巻線４の巻線４０は、図５（Ｂ）に示したように、内層４２０および外層４２１からなる絶縁皮膜４２の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材４８で被覆してもよい。これにより、回転電機に発生する熱により融着材４８は絶縁皮膜４２よりも早く溶融するので、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０同士が融着材４８同士により熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０が一体化し巻線４０同士が鋼体化することで、スロット３１の巻線４０の機械的強度が向上する。
【００３０】
固定子巻線４を構成する巻線４０の絶縁皮膜４２には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）よりなる皮膜を用いても良い。
【００３１】
固定子巻線４は、図６に示したように、それぞれ二本の三相巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）により形成されている。
【００３２】
固定子巻線４は、図７に示したように、複数の巻線４０を所定の形状に巻回してなる。固定子巻線４を構成する巻線４０は、固定子コア３０の内周側で周方向にそって波巻きされた形状で成形されている。そして、固定子コア３０に形成されたスロット３１に収容される直線状のスロット収容部４４と、隣り合ったスロット収容部４４同士を接続するターン部４５と、を備えている。スロット収容部４４は、所定のスロット数（本参考実施形態では３相×２個＝６個）ごとのスロット３１に収容されている。ターン部４５は、固定子コア３０の軸方向の端面から突出して形成されている。
【００３３】
そして、固定子巻線４は、複数の巻線４０を一方の端部が固定子コア３０の軸方向の端面から突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装した状態で形成されている。固定子巻線４の１相は、周方向に沿って波状に巻装された２本の巻線４０を他方の端部同士で接合した構成を有している。１相をなす２本の巻線４０は、同一スロット３１に収容される二つのスロット収容部４４を有する。同一のスロット３１に収容される二つのスロット収容部４４は、周方向で隣り合ったスロット３１の深さ方向での位置が交互に位置するように設置されている。そして、２本の巻線４０は、２本の巻線４０の巻装される方向が反転するスロット収容部４４よりなる折り返し部４６に接合部が形成された構成を有している。
【００３４】
固定子巻線４は、図８に展開図で示したように、互いに巻装方向が異なる二つの巻線部４０ａ，４０ｂをもつ成形体を各相（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）ごとに、６組用いて形成されている。二つの巻線部４０ａ，４０ｂのそれぞれは、中性点側の端部および相端子側の端部とは反対の端部側が、スロット収容部４４（折り返し部４６）を介して接続されている。各相の巻線４０の結線方法は同様である。
【００３５】
固定子巻線４は、図８に展開図を示した成形体を形成し、この成形体を折り返し部４６が軸心側に位置するように所定の巻き数（たとえば、４回）に巻回して製造される。製造された固定子巻線４は、図７に示したように、各相の巻線４０のスロット収容部４４が径方向に並んだ状態で形成されている。このとき、径方向に並んだスロット収容部４４は、固定子巻線４の周方向で小間隔を隔てた状態で位置している。
【００３６】
本参考実施形態の回転電機１の固定子３の製造方法を以下に示す。
【００３７】
まず、電磁鋼板の積層体よりなり、ティース部３２、コアバック部３３および透磁部３４を備え、ティース部３２の先端部が所定の円弧（固定子コア３０を形成したときの先端部が位置する円弧）よりも拡径した円弧上に位置する成形体を形成する。この成形体は、コアバック部３３および透磁部３４が全周にわたって形成されている。また、透磁部３４は、略Ｕ字が開いた状態となっている。図９に成形体の一部を示した。
【００３８】
また、巻線４０を用いて固定子巻線４を形成（成形）する。
【００３９】
成形体を、固定子巻線４と略同心となる位置に配置する。そして、成形体を縮径していく。この縮径は成形体の軸方向の両端部を規制治具で規制した状態で、円筒状の縮径治具を外挿することで行うことができる。円筒状の縮径治具は、内径が徐々に縮径するように形成された筒状を有している。この縮径治具は、拡径した端部側から縮径した端部側に向かって軸方向に移動する。これにより、成形体の軸方向の端部が、縮径治具の内周面に当接し、スライドするに従って縮径治具の内径が徐々に縮径していることから、縮径治具により成形体の外周面の当接部が径方向内方に押圧され移動する。そして、所定の位置まで縮径治具をスライドさせて、成形体を縮径する。
【００４０】
縮径治具により成形体が縮径すると、ティース部３２が固定子巻線４のスロット収容部４４の間のすき間に挿入される。そして、この状態で、ティース部３２の先端が所定の円弧上に位置するまで成形体を縮径して、固定子コア３０が製造される。この成形体の縮径時に、略Ｕ字状が開いた状態の透磁部３４は、コアバック部３３巻の距離が近接するにつれて、周方向に圧縮され、最後には、二つのコアバック部３３の間で両者に圧接される。このとき、透磁部３４は略U字状の内周面も密着する。
【００４１】
本参考実施形態の固定子コア３０は、本来ならすき間が形成されている二つのコアバック部３３の間に圧接された状態で配された透磁部３４により、二つのコアバック部３３にわたる磁路が形成されている。つまり、磁路が形成されないことによる不具合の発生が抑えられている。この結果、本参考実施形態の回転電機１は、駆動したときに特性の低下が抑えられている。
【００４２】
さらに、本参考実施形態においては、コアバック部３３がその間にすき間が存在する形状であっても、二つのコアバック３３をまたいだ磁路を形成できる。つまり、コアバック部３３には、高い寸法精度が要求されなくなっている。このことから、固定子コア３０を安価に製造することができ、回転電子１の固定子３及び回転電機を安価に製造することができる。
【００４３】
（第一実施形態）
本実施形態は、透磁部３４の形状が異なること以外は、第一参考実施形態と同様な構成である。
【００４４】
本実施形態の透磁部３４は、図１０に示したように、一方のコアバック部３３の内径側端部（ここで、端部とは近傍を含む）と、他方のコアバック部３３の外径側端部（ここで、端部とは近傍を含む）を直線状に接続する形状を有している。
【００４５】
本実施形態においても、透磁部３４が二つのコアバック部３３の間の磁路を形成しており、第一参考実施形態と同様な効果を発揮する。
【００４６】
（第二参考実施形態）
本参考実施形態は、透磁部３４の形状が異なること以外は、第一参考実施形態と同様な構成である。
【００４７】
本参考実施形態の透磁部３４は、図１１に示したように、一方のコアバック部３３に略Ｕ字状をなすように形成されている。
【００４８】
本参考実施形態では、コアバック部３３が透磁部に接続されていないが、固定子コア３０を形成したときには、第一実施形態のときと同様に、透磁部３４が二つのコアバック部３３に圧接されて磁路を形成している。
【００４９】
すなわち、本参考実施形態においても、透磁部３４が二つのコアバック部３３の間の磁路を形成しており、第一参考実施形態と同様な効果を発揮する。
【００５０】
（変形形態）
上記の各形態では、二つのコアバック部３３の間にすき間が形成されていたが、二つのコアバック部３３の対向面の一部が当接可能に形成されていてもよい。このとき、コアバック部３３同士の当接部は、ティース部３２に近接した位置であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第一参考実施形態の回転電機の構成を示した図である。
【図２】第一参考実施形態の回転電機の固定子の構成を示した図である。
【図３】第一参考実施形態の回転電機の固定子コアの構成を示した図である。
【図４】第一参考実施形態の回転電機の固定子コアの構成を示した図である。
【図５】第一参考実施形態の回転電機の固定子巻線を構成する各相巻線の構成を示す断面図である。
【図６】第一参考実施形態の回転電機の固定子巻線の結線を示した図である。
【図７】第一参考実施形態の回転電機の固定子巻線を示した図である。
【図８】第一参考実施形態の回転電機の固定子巻線の帯状の成形体を示した図である。
【図９】第一参考実施形態の回転電機の固定子コアの構成を示した図である。
【図１０】第一実施形態の回転電機の固定子コアの構成を示した図である。
【図１１】第二参考実施形態の回転電機の固定子の透磁部の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：回転電機                        １０：ハウジング
１１０，１１１：軸受け
２：回転子                          ２０：回転軸
３：固定子                          ３０：固定子コア
３１：スロット                      ３２：ティース部
３３：コアバック部                  ３４：透磁部
４：固定子巻線                      ４０：各相巻線
４１：導体                          ４２：絶縁皮膜
４４：スロット収容部
４５：ターン部                      ４６：折り返し部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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